JPH06214200A - 光ファイバにおける位相制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバの光源又は光ファイバ中の光に対
して周囲温度の変化や振動等の外乱により比較的ゆっく
りとあるいは急速に変化する位相をそれぞれの変化の特
性に対応した位相制御方法により調整する。 【構成】 単一モード光ファイバ又は偏波面保存光ファ
イバ１に光源３からの光を送り、カプラ２で２つの経路
に分岐した光を受光回路４、５で受光する。受光信号の
差を積分器７で積分し、その出力信号に基づいて光源制
御回路８により光源３の注入電流を変化させる。これに
より光源３の発光波長が変化して位相が調整される。積
分器７の注入電流制御信号は他の積分器１１でさらに積
分され、その信号により電流制御回路１０を介して導体
９を制御し、その加熱冷却による光ファイバの屈折率変
化に基づいて位相変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバ干渉計等
に用いられる光ファイバにおける位相制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ干渉計等に用いられる従来の
位相変調器として、ピエゾ現象（圧電）を利用した圧電
振動子のボビンに単一モードの光ファイバを巻回し、こ
れに電圧を印加したときのボビンの伸び縮みによって光
ファイバに微小変位を生じさせ、光ファイバ各部分の屈
折率の変化によって位相変調を行う方式ものが知られて
いる（例えば特開昭６３−１８４０２４号公報参照）。

【０００３】また、光ファイバ干渉計の光源の発光波長
を変化させて位相変調を行う方式が知られている。この
方式では、レーザダイオードを光源としてその注入電流
を変化させ発光波長を変化させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバ干渉計や、干渉計の原理を用いた各種の光ファイ
バセンサでは、光ファイバ経路で振動等急速に変化する
外乱や光源の波長が周囲温度の変化によって比較的ゆっ
くりと変化するいわゆる温度ドリフト等の外乱を受け
る。このような外乱を受けると、位相や波長が変動する
ため正確な測定ができなくなる。

【０００５】そこで、従来もかかる外乱に対するドリフ
ト対策として、前述のピエゾ現象を利用した位相変調器
や光源の発光波長を変化させる変調方式を個別にあるい
はそれらを組合せて適用し対処していた。

【０００６】しかし、ピエゾ現象を利用した位相変調器
は、位相制御の速度が速く小形で汎用性があり使い易さ
の点では優れているが、上述したように光ファイバの変
位に基づいて光の位相を変化させる方式であるため、位
相変化を生じさせる範囲（ダイナミックレンジ）が狭
く、大きな光の位相変調を必要とする場合には不適当で
ある。

【０００７】又、光源の発光波長を変化させて位相変調
を行なう方式のものも位相変調の速度は速いが、発光波
長の可変範囲が狭く、十分なダイナミックレンジの位相
変調が得られない。

【０００８】従って、これらの方法を種々に組み合せた
としても、元々のダイナミックレンジが狭いため、速度
の速い位相変調には対応できたとしても、温度変化によ
る比較的遅い速度の位相変調を必要とする場合には対応
できないという問題がある。

【０００９】この発明は、上記従来の光ファイバ位相変
調器や位相変調方法の現状における問題点に留意して、
光ファイバの所要長さ部分を加熱冷却、熱膨張収縮させ
て屈折率の変化により得られるダイナミックレンジの大
きい位相変調と、光ファイバ干渉計の光源の発光波長を
変化させる位相変調やピエゾ現象を用いた位相変調器な
ど時間的なレスポンスが速い従来の位相変調とを組み合
わせて、双方の欠点を補い合った制御方法を提供するこ
とを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、単一モード光ファイバもしくは偏波
面保存光ファイバの光源又は光ファイバ光路内に設けた
位相変調素子に対しその光量に対応する電気制御信号に
より発光波長又は進行する光の位相を制御する光電位相
制御と、上記光ファイバの所定長さ分を加熱又は冷却し
光ファイバの熱膨張収縮に基づく屈折率変化により位相
変調する光ファイバの温度制御による位相制御とを組合
せ、光電位相制御では発生する位相変化量が所定値とな
るように制御し、温度制御による位相制御では検出され
る光の位相が所定値となるように制御することから成る
光ファイバにおける位相制御方法としたのである。

【００１１】

【作用】上記の方法としたこの発明の位相制御方法によ
ると、その光電位相制御では電気制御信号により光源の
注入電流値を制御するかあるいは位相変調素子の電圧を
制御することによって直接位相を制御でき、従ってダイ
ナミックレンジは狭いけれども時間的なレスポンスが速
い制御ができる。

【００１２】一方温度制御による位相制御では光ファイ
バの加熱冷却によって光ファイバの屈折率を変化させて
位相制御するため、制御が間接的となり、従ってダイナ
ミックレンジは大きいけれども時間的なレスポンスは遅
い制御となる。

【００１３】これらの制御を組合せた制御方法では、周
囲温度の変化等による比較的ゆっくりした外乱と、振動
などの急速に変化する外乱が同時にあるいはそれぞれ別
々に発生するような場合であっても、組合された制御方
法のそれぞれの特徴によってそれぞれの制御の欠点を補
い合って対応することができる。

【００１４】

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は実施例の位相制御方法を適用した光
ファイバ干渉計の概略構成を示す図である。１は単一モ
ード光ファイバ又は偏波面保存光ファイバ、２はカプ
ラ、３はレーザダイオードの光源である。光ファイバ１
は、カプラ２で２つの経路に分岐され、もう１つのカプ
ラ２で合流した後２つの受光回路４、５でそれぞれ受光
される。構成部材１、２、３、４、５によって光ファイ
バ干渉計はマッハツエンダ型干渉計を構成している。

【００１５】上記受光回路４、５の出力は加算器６で減
算され、両回路の受光量の差の信号として積分器７に送
られ、その出力が光源３の注入電流を制御する光源制御
回路８の注入電流制御信号として送られる。

【００１６】一方、上記光ファイバ光路をカプラ２で２
つに分岐した一方の経路には導体９が光ファイバの長さ
に沿って又は光ファイバを包むように所定長さに亘って
設けられている。この導体９は電流を加えられると所定
の電気抵抗により発熱をする性質を有する電気的な導体
である。

【００１７】上記導体９へは電流制御回路１０から電流
が供給され、前述した積分器７の出力をさらに積分する
積分器１１の出力を電流制御回路１０の電流を制御する
信号として与え、これによって導体９を流れる電流を制
御し導体の発熱を制御して光ファイバの温度を制御す
る。

【００１８】以上のように構成した実施例の光ファイバ
干渉計において本発明の位相制御方法を次のように実施
する。

【００１９】まず、光源３から出た光はカプラ２で２つ
に分岐され、光路長の異なる光ファイバ経路を通ってカ
プラ２で集合された後それぞれの受光回路４、５で受光
される。光ファイバ経路の長さが異なるため、同一光源
から出た光であっても受光回路４、５での受光量はそれ
ぞれ異なる。

【００２０】そこで、上記受光回路４、５での受光量が
等しくなるように光源３の注入電流を光源制御回路８に
よって制御する。このため、上記異なる受光量に対応す
る受光回路４、５の出力の差を加算器６で得た後その差
信号を積分器７で積分し、この積分した値に比例した出
力信号を注入電流指令値として注入電流を増減する。

【００２１】光源３の注入電流を増減すると、その増減
に比例して発光波長が変化し、発光波長の変化に比例し
て光の位相が変化する。光の波長位相が変化すると、受
光回路４、５における受光量は、例えばある一定時間内
に一周期の波長が１０あればこれが一方の回路では増加
し、他方では減少する。従って、その波長のずれによっ
て受光量が増減するのである。

【００２２】上記の注入電流の増減を指令するフィード
バック制御によって受光回路４、５の受光量は等しく保
たれ、光ファイバ干渉計の各光路の位相差関係は一定に
保たれる。以上が光ファイバ干渉計の光源の発光波長の
制御による位相変調方法である。なお、この場合未だ導
体９の温度制御による位相制御は行なわれていないもの
とする。

【００２３】この制御方法は、ダイナミックレンジは狭
いが時間的なレスポンスは速く、振動等のような急速に
変化する外乱による位相変化を制御するのに適してい
る。

【００２４】次に、上記光源３の注入電流を制御する際
に、干渉計の位相変化は注入電流指令値の増減分（変
化）に比例するから、この注入電流指令値の変化が０に
なるように、注入電流指令値である積分器７の出力信号
をもう１つの積分器１１で積分し、この時間積分値に比
例した信号を電流制御回路１０へ送ってその電流指令値
を増減させる。

【００２５】上記電流指令値の増減に応じて導体９では
発熱量が変化する。すると導体９に沿った又は包んでい
る所定長さ分の光ファイバの温度が変化し、光ファイバ
が熱膨張収縮して屈折率が変化し、その結果光ファイバ
中を進行する光の位相変調が行なわれる。こうして上記
温度制御によるフィードバック制御によって注入電流指
令値は一定に保たれるのである。

【００２６】この温度制御による位相制御方法は、光フ
ァイバの加熱冷却による屈折率の変化に基づいて位相制
御する方法であるため、ダイナミックレンジは大きいが
時間的なレスポンスは遅く、従って周囲温度の変化など
の比較的ゆっくりした変化をする外乱に対処するのに適
合する方法である。

【００２７】そして以上の制御方法の組合せによってマ
ッハツエンダ型の光ファイバ干渉計での零位法の光ホモ
ダイン方式の位相制御が実現できる。

【００２８】図２に第二実施例の光ファイバ干渉計の概
略構成を示す。

【００２９】この実施例では光源３の注入電流を変化さ
せて位相変調制御する代りに、ピエゾ素子を用いた位相
変調器を光路の途中に設けて位相制御する方法を用いた
点が第一実施例と異なっている。その他同一機能部材に
は同一符号を付している。

【００３０】この実施例のピエゾ素子は従来の位相変調
器として利用されている圧電振動子のボビン１３を２つ
の光路の一方に設け、これに電圧を印加する電圧制御回
路１２により加えられる電圧を制御し、これにより微小
な伸縮をボビン１３に生じさせて位相変調される。電圧
の制御は第一実施例と同様に第一の積分器７で時間積分
した出力信号を制御信号として入力することによって行
なわれる。

【００３１】

【効果】以上詳細に説明したように、この発明の位相制
御方法は光ファイバ光源の発光波長の変化あるいは光路
途中の位相変調素子による位相変調を光量に対応する電
気制御信号により制御する光電位相制御と、光ファイバ
の所要長さの部分を加熱冷却し熱膨張収縮により変化す
る屈折率の変化に基づく位相制御とを組合せた位相制御
方法としたから、光電制御はダイナミックレンジが狭い
けれどもレスポンスが速く、温度制御による位相制御は
ダイナミックレンジが大きいけれども時間的なレスポン
スが遅いというそれぞれの制御の特徴の組合せにより両
者の欠点を補い合って、周囲温度の変化による温度ドリ
フト等の比較的ゆっくりと生じる位相変化や振動等の外
乱により急変する位相変化が同時にあるいはそれぞれ別
々に生じた場合でも的確に対応できるという利点が得ら
れ、例えば、光ファイバ干渉計等に用いると効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の光ファイバ干渉計の全体概略構成
図

【図２】第二実施例の光ファイバ干渉計の全体概略構成
図

【符号の説明】

１ 単一モード又は偏波面保存光ファイバ ２ カプラ ３ レーザダイオード光源 ４、５ 受光回路 ６ 加算器 ７ 積分器 ８ 光源制御回路 ９ 導体 １０ 電流制御回路 １１ 積分器 １２ 電圧制御回路 １３ ボビン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一モード光ファイバもしくは偏波面保
   存光ファイバの光源又は光ファイバ光路内に設けた位相
   変調素子に対しその光量に対応する電気制御信号により
   発光波長又は進行する光の位相を制御する光電位相制御
   と、上記光ファイバの所定長さ分を加熱又は冷却し光フ
   ァイバの熱膨張収縮に基づく屈折率変化により位相変調
   する光ファイバの温度制御による位相制御とを組合せ、
   光電位相制御では発生する位相変化量が所定値となるよ
   うに制御し、温度制御による位相制御では検出される光
   の位相が所定値となるように制御することから成る光フ
   ァイバにおける位相制御方法。